Angesichts der stetig steigenden Anforderungen von Hochleistungsanwendungen wie künstlicher Intelligenz, maschinellem Lernen und Big-Data-Analyse sind die Betriebsströme von XPUs auf mehrere hundert Ampere angestiegen. Point-of-Charge-Stromversorgungsarchitekturen, bei denen Hochstromnetzteile nahe der XPU platziert werden, reduzieren zwar die Stromverteilungsverluste auf dem Mainboard, beheben aber nicht die Verbindungsprobleme zwischen XPU und Mainboard. Mit den steigenden XPU-Strömen ist der kurze verbleibende Weg zur XPU („letzter Zentimeter“), bestehend aus Mainboard-Leitungen und Verbindungen im XPU-Sockel, zu einem limitierenden Faktor für die XPU-Leistung und die Gesamteffizienz des Systems geworden.
Die neuen Power-on-Package Modular Current Multipliers (MCMs) von Vicor sind im XPU-Gehäuse integriert und erweitern die Effizienz-, Dichte- und Bandbreitenvorteile der Vicor Power Factor Architecture, die sich bereits in 48-V-Direct-to-XPU-Motherboard-Anwendungen bewährt hat. Die als Stromvervielfacher auf dem XPU-Substrat unter oder außerhalb des XPU-Gehäusedeckels montierten MCMs werden von einem externen Modular Current Controller (MCD) mit einem Bruchteil (z. B. 1/64) des XPU-Stroms angesteuert. Der auf dem Motherboard befindliche MCD steuert die MCMs und regelt die XPU-Spannung präzise mit hoher Bandbreite und geringem Rauschen. Die Lösung, bestehend aus zwei MCMs und einem MCD, ermöglicht die Bereitstellung von bis zu 320 A Dauerstrom an die XPU mit einer Spitzenstromkapazität von 640 A.
Da die MCMs direkt auf dem XPU-Substrat montiert sind, fließt der von den MCMs gelieferte XPU-Strom nicht über die XPU-Kontakte. Und weil der MCD die MCMs mit einem niedrigen Strom steuert, kann seine Leistung effizient zu den MCMs geleitet werden, wodurch die Verbindungsverluste um den Faktor 10 reduziert werden, obwohl 90 % der üblicherweise für die Stromversorgung benötigten XPU-Pins für die I/O-Funktionalität genutzt werden. Weitere Vorteile sind ein vereinfachtes Motherboard-Design und eine deutliche Reduzierung der minimalen Bypass-Kapazität, die erforderlich ist, um die XPU innerhalb ihrer Spannungsgrenzen zu halten.
Zunächst wurden zwei Power-on-Package-Bausteine vorgestellt: der modulare Stromvervielfacher (MCM) MCM3208S59Z01A6C00 und der modulare Stromvervielfacher-Controller (MCD) MCD3509S60E59D0C01. Mehrere MCMs können parallel betrieben werden, um die Stromkapazität zu erhöhen. Dank ihrer kompakten Bauform (32 mm x 8 mm x 2,75 mm) und ihres geringen Rauschens eignen sich die MCMs ideal für die gemeinsame Integration von leistungsstarken, rauschempfindlichen ASICs, GPUs und CPUs. Der Betriebstemperaturbereich liegt zwischen -40 °C und +125 °C. Diese Bausteine bilden den Auftakt zu einem Portfolio skalierbarer Power-on-Package-Lösungen für verschiedene XPU-Anforderungen.
